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1、第十二章 集成电路印刷,集成电路(Integrated Circuit:IC)指以半导体晶体材料为基础，采用专门的工艺技术将组成电路的元器件和互连线集成在基片内部、表面或基片之上的微小电路或系统。集成度：指在一定尺寸的芯片上可以做出多少个晶体管。,一、概述 1集成电路的分类(Integrated Circuit:IC)按其基本构成不同分为两类：半导体IC和混合IC（薄膜IC、厚膜IC、组合IC）；半导体IC：也称整体集成电路，是在半导体基板上由晶体三极管、晶体二极管和电阻电容构成的一体化电路。混合IC：将用于电路中的晶体三极管、晶体二极管的硅材料，基板的绝缘材料，配线部分的其他材料混合，制成混
2、合IC。,2厚膜集成电路 适用于耗电小、大功率、高电压电路，成本低，适合大批量生产制作：是将导体、电阻、电容等用特殊油墨印刷在陶瓷上，再通过烧结使其得到所要求的电气性能。构成：基板，导体，电阻元件，电介体元件，电感元件，有源元件，内部接线，外装等8部分构成；应用：电子工业，军事宇航领域，民用工业等。,厚膜IC的构成,基板：矾土陶瓷、镁橄榄石陶瓷、锆质陶瓷、滑石质高绝缘陶瓷、莫来石陶瓷、堇青石陶瓷等导体：Pd-Ag，Pt-Ag，Au，Ag电阻元件：金属釉电阻（RuO2系，Ag-Pd系），树脂系碳素皮膜电介体元件：陶瓷电容器，层合片型陶瓷电容器，圆片型钽固体电解电容器，薄膜及厚膜电容器电感元件：薄
3、膜及厚膜线圈，磁芯线圈有源元件：各种半导体组件，箔片晶体三极管，IC箔片内部接线：超声焊接、软熔钎焊、特殊软钎焊外装：浸渍环氧树脂涂装及模具等,二、厚膜集成电路的制作 1工艺过程：主要由印刷和烧结工艺组成，制作工艺的前后顺序由各工序的烧结温度决定,导体印刷与烧结 电介体印刷与烧结（导体油墨，8501000）(电介油墨，绝缘油墨，850900)电极印刷与烧结 电阻印刷与烧结 电阻、静电容量修正(导体油墨，750800)(电阻油墨，700760)保护涂层印刷与烧结有源元件管芯联接(玻璃油墨，540)(硅晶体三极管、硅二极管，硅半导体IC，400420)有源元件导线连接有源元件保护覆层(金属导线或A
4、l线300350)(硅树脂，200)组装元件外引线的钎焊外涂装(微型晶体三极管)(树脂),基本原则：将烧结温度高的工序放在前面，以避免因烧结温度过高而影响厚膜IC的电气性能。,2印刷印刷方式：基板为硬性陶瓷材料，本身没有吸墨性，而要求墨层较厚，选用丝网印刷；承印物陶瓷材料，印墨特殊油墨制版：阳图原稿，直接感光制版法，不锈钢丝网，金属网框；印刷工艺：平面丝网印刷机，要求印刷位置准确一致，印压合理，墨层厚度均匀。,3基板要求耐高温，耐烧结，不与油墨发生反应，对玻璃粉的附着性良好，表面光滑，机械强度和尺寸稳定性良好。主要材料氧化铝（纯度96%），厚度，标准尺寸5050。种类氧化铝陶瓷基板，镁橄榄石陶
5、瓷基板，高频绝缘石陶瓷基板，锆石陶瓷基板，莫莱石陶瓷基板，堇青石陶瓷基板等,4油墨作为电子元件的构成材料，应满足集成电路电气性能的要求。导体油墨：由金属粉末、玻璃粉、连结料和添加剂构成；,（a）印刷：印刷后形成导电性油墨皮膜，金属粉末和玻璃粉均匀分散在连接料树脂中,（b）烧结：连接料树脂开始燃烧，墨层体积减少，玻璃粉软化熔融后向基板表面扩展，和金属粉末粘结在一起,（c）冷却：玻璃粉紧紧填充排列，和金属粉末有序粘结在一起，形成金属粉末整齐排列的墨层，以实现油墨皮膜的导电性能,导电性油墨的印刷、烧结冷却过程1-玻璃粉 2-树脂 3-金属粉末 4-基板,电阻油墨：主要由金属粉末构成电阻皮膜；金属粉末
6、（Ag、Au）电阻油墨组成 铂（Pd、Pt、Ru）硼硅酸盐系玻璃粉+树脂+溶剂 添加剂：金属氧化物粉末 电阻值大小由油墨成分、烧结条件等决定电介油墨：钛酸钡与玻璃熔化后急速冷却制成玻璃粉末，并与树脂、溶剂混合，可作为电容器使用；绝缘油墨：主要作为电阻厚膜保护或配线的多层交叉绝缘；有源油墨：硒、硫化镉、硒化镉、硫化锌等，主要形成半导体组件和晶体三极管等,烧结工艺要求更严格,5烧结与修正烧结：合理控制烧结温度和烧结时间，保证厚膜IC的电气性能。工艺过程：预加热升温烧结冷却预加热：50400，墨层有机连接料燃烧气化升温：400 800，金属氧化或还原反应，并使金属粒子熔化，使印刷图文得到要求的电气性
7、能烧结：800 恒温，使玻璃粉元素熔化，金属成分固着在基板上冷却：快速冷却，避免继续反应,修正：电阻油墨进行烧结后对电阻的大小要进行修正，只能增大；电路设计时的电阻要稍小一些方法喷射氧化铝粉末，使电阻表面平整化，提高电阻值。三、发展方向 1提高印刷网版的精度；2研究高性能的专用特殊油墨；3提高丝网印刷机的精度和效率；4增进微型电路集成块的实用化。,丝印缺陷对厚膜电路的影响,习题,1.集成电路按其基本构成不同可分为几种类型?2.什么是半导体IC和混合IC?3.说明厚膜IC 的应用与构成4.制作厚膜IC为何一般采用丝网印刷方式?如何合理选择丝网材料和线数?对丝网印刷机有哪些要求?5.说明烧结工艺在
8、厚膜IC制作中的重要性,第十三章 铭牌印刷（Nameplate Printing）,一、概述1.定义：铭牌印刷是指以铭牌为主要产品的印刷。2.材料：过去采用铜、铁等，现在大多采用铝制、塑料制，不干胶铭牌等3.铝制铭牌的制作方法：铝制材料直接使用耐酸铝铭牌（利用氧化铝对染料的特殊吸附作用进行）,二、铝制铭牌的加工方法1.印刷方式：普遍采用：照相感光、丝网印刷大批量生产：平版胶印异型表面：移印2.铝材选用：工业纯铝（硬状态、半硬状态、退火状态）不翘曲、表面光洁无划伤砂眼、公差符合要求 3.表面处理化学覆膜、阳极氧化、电镀、涂装4.机械预处理喷砂、抛光、雕刻,三、耐酸铝制铭牌的加工1.选材：铝板（采
9、用国标）2.预处理：机械预处理、化学处理、电化学处理等,3.耐酸铝的加工：阳极氧化处理（电解）铝材为阳极，铅板为阴极，电解液采用硫酸溶液（提高导电度，增加电子传递速度，起催化剂作用），通过控制电压完成电解作用 阳极：2OH-H2O+O+2e 2Al+3O Al2O3 阴极：2H+2e H2氧化处理结果：在铝板表面形成一定厚度的坚硬致密的氧化膜处理条件：硫酸浓度（720mol%，起到增加电解液的导电度，增加水的解离度的作用），电流密度（0.8 2.0A/dm2），电解液温度（18 25），时间（1560分）,4.印刷照相感光：涂布感光乳剂照相软片密附曝光 显影染色（油溶性染料）除去保护膜封孔处理
10、,铭牌制作工艺过程1-感光剂 2-耐酸铝层 3-铝基材 4-照相软片密附 5-保护膜 6-染色后的耐酸铝 7-保护膜剥离后封孔处理,丝网印刷：耐酸铝层直接染色丝网印刷保护膜去除不印部分的染料蚀刻耐酸铝加工染色油墨去除,丝网印刷的立体铭牌制作工艺1-铝材 2-耐酸铝膜 3-油墨 4-染色的耐酸铝5-蚀刻 6-耐酸铝加工 7-染色 8-油墨去除,5.封孔原因：耐酸铝层染色后还具有一定吸附能力方法：沸水或加压水蒸气处理 Al2O3 Al2O3 H2O目的：去除残余吸附能力，使表面失去活性四、胶印制铭牌1.分类：平压式、圆压式、轮转式2.印版：多采用PS版3.制作工艺选材（根据国标）预处理（细化、碱腐
11、蚀、研磨）涂布（乙烯系清漆）印刷（醇酸系油墨）上光（醇酸系树脂）覆膜,习题,1.什么是铭牌印刷？2.铝制铭牌有哪两种制作方法？3.简述丝网方法印制铭牌的工艺过程.4.按印刷方式不同，胶印铭牌印刷分为几种？5.印刷后要对耐酸铝制铭牌进行封孔处理的目的是什么？6.说明胶印制铭牌的制作工艺.,第十四章 其他特种印刷,发泡印刷,贴花印刷,一、发泡印刷：（Foam printing)定义：用微球发泡油墨通过丝网印刷到纸张或织物上，经加热获得突起图文或盲文读物的印刷方式。特点：印迹呈现凹凸立体效果。应用：商品装潢，书刊装帧，盲文读物等。分类：根据油墨构成和发泡方式不同分为两种：微球发泡印刷和沟底发泡印刷（
12、包括化学发泡和机械压花发泡）。,1微球发泡印刷 原理：将微球发泡油墨通过丝网转印到承印物上形成印迹，然后加热使墨层中的微球膨胀，形成无数小气泡，从而使图文墨层凸起。微球发泡油墨：作用：高分子聚合物单体合成后制成的中空可塑性小球（直径5-80微米）内部充有低沸点溶剂，加热后，溶剂气化使微球体积膨胀直径增加到5-30倍，在承印物表面形成凸起的图文。构成：色素（10%，色浆，决定油墨颜色），微球（20%，发泡源，强度及大小由微球发泡剂含量及在油墨中的均匀性决定），连结料（60%，丙烯酸酯类），稳定剂（5%，尿素，吸湿性好，加速膨胀、扩散）、助剂（5%）,2沟底发泡印刷定义：采用丝网印刷将沟底发泡油墨
13、印刷到基材上，使用化学发泡或机械压花方法以获得浮凸图文。原理：发泡剂受热后汽化，使油墨层形成无数微小的气孔，以构成凸起的图文。油墨：构成色素（2%，颜料）树脂连结料（40%，聚氯乙烯树脂）发泡剂（2%，发泡源，偶氮二甲基酰胺）增塑剂（36%，苯二甲酸二辛酯）稳定剂（2%，二盐基性亚磷酸铝）填充剂（18%，碳酸钙）,发泡工艺化学发泡印刷后的印品放在发泡机内加热，使发泡剂分解放出气体，完成发泡；加热温度决定发气量和发泡程度；机械压花工艺加热发泡后，用沟底压花滚筒进行加热轧压，形成浮凸图文 3影响发泡印刷质量的因素发泡剂的含量及均匀性，增塑剂的含量，加热温度，加热时间等。,二、贴花印刷（Decal
14、Printing）间接转移印刷定义：是用平版胶印将图案印在涂胶纸或塑料薄膜上，将其贴在被装饰物的表面，通过转移而得到贴花图案。应用：机电产品的商标、标志印刷，瓷器等装饰品的印刷。1转印纸：（贴花纸）采用专业裱纸机复合而成；2承印物：不规则曲面承印表面，各种成型物等；3制版：印版图文为正向；,4印刷：采用平版胶印，印前在转印纸施胶面上涂布调墨油。印刷色序为先印透明性强的油墨，后印遮盖力强的油墨，最后加印白墨作为底色；瓷器贴花印刷使用耐高温颜料特殊油墨，商标贴花印刷可使用普通胶印油墨或金属印刷油墨。5转印：商标贴花：承印物表面涂布调墨油贴润湿裱纸加压揭裱纸瓷器贴花：承印物表面涂布明胶液贴裱纸压印干燥浸湿剥离清洗胶层6后加工：商标贴花：涂漆上光干燥 瓷器贴花：烧结冷却,工艺过程：,制版,印刷,转印,后加工,上光,干燥,烧结,冷却,裱纸制作,商标贴花,瓷器贴花,习题,1.什么是发泡印刷?有何特点?如何分类?2.微球发泡印刷基本原理如何?其油墨如何构成?3.什么是沟底发泡印刷?其发泡形式有哪几种?4.什么是贴花印刷?5.贴花印刷工序中商标与瓷器的转印过程有何不同?6.贴花印刷工序中商标与瓷器的后处理工艺有何不同？,The End,
